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我国对确定国际标准时间有了表决权
中国计量院铯原子喷泉钟获准参与驾驭国际原子时

   8月7日,国际时间频率咨询委员会频率基准工作组通知中国计量科学研究院(NIM,以下简称“中国计量院”),由该院研制并运行的“NIM5激光冷却-铯原子喷泉钟”(以下简称NIM5)通过评审,被接收为国际计量局(BIPM)认可的基准钟之一,参与驾驭国际原子时。8月8日国际计量局(BIPM)正式通知,从8月起,NIM5的数据将刊登在国际计量局每个月向全世界发布的权威文件《时间公报》(Circular T)上。这标志着继法、美、德、意、日、英、俄之后,我国成为第8个得到国际计量局认可参与驾驭国际原子时的国家,在国际标准时间的产生过程中不仅具备了话语权,更具备了“表决权”。

掌控时间的意义

  中国计量院首席研究员李天初院士告诉记者,准确可靠的时间频率是国家基础战略资源的一部分。许多重要领域,如卫星导航、网络、通讯、电力、交通、金融等的安全运行都要依靠高精度的时间频率计量。
  在日常生活中,和我们息息相关的电力、通讯和金融等都离不开高准确度的时间频率同步。举例说,要保证电网中两个电厂发送的交流电不相互抵消,减少损耗;在高速通讯领域,为避免出现异地通讯“信号打架”,都要求时间频率同步到3000年不差一秒的精度。
  李天初院士说,回顾科学发展史,时间频率测量准确度的每一次提高,都会引发难以预计的新现象被发现,新理论被证明。至今时间频率和原子钟领域已产生了6项诺贝尔物理学奖。

国际标准时间的产生

  目前全球统一使用的国际标准时间是由国际计量局主导的国际原子时合作产生的协调世界时(UTC)。国际计量局将分布在全球的70多个守时实验室的400多台商品原子钟所报送的数据进行“加权平均”,再利用上述8国国家计量院自行研制的“世界上最好的基准原子钟”校准,产生国际原子时,再经闰秒即产生协调世界时(UTC)。时间频率是一个高度国际化的量,我国的法定时间北京时间,是东八区的协调世界时,即协调世界时加8小时0分0秒(UTC + 8:00:00)。

     在国际标准时间的产生过程中,获得国际计量局认可的8国“世界上最好的基准原子钟”提供的数据如同"准星”一样“驾驭”国际原子时,发挥着举足轻重的作用。跻身驾驭国际原子时的行列,对任何国家来说,都是一件具有战略意义的大事。今年4月,美国NIST的第二台喷泉钟NIST-F2获准驾驭国际原子时。为此NIST专门召开发布会,正式宣布NIST-F2和NIST-F1并行运行,作为美国民用时间频率基准。

我国“最好的基准原子钟”

  高准确度时间频率基准钟是国家时间频率体系的源头。基准钟在国内外都没有商品,由各国计量院自行研制。近几十年来发达国家在研制基准原子钟上投入巨大。中国计量院从2005年开始研制的第二型铯原子喷泉钟NIM5,2010年通过专家鉴定,2011年搬到中国计量院昌平院区。目前其不确定度为1.5×10-15,相当于2000万年不差一秒。
  中国计量院铯喷泉钟课题组负责人房芳研究员告诉记者,作为我国时间频率体系的源头,NIM5主要有3项应用: 定期校准中国计量院原子时标UTC(NIM),改善其频率不确定度;参加国际原子时合作,参与驾驭国际标准时间;非常时期,一旦不能使用国际校准数据,NIM5可独立驾驭守时钟组,“守住”中国原子时,使我国时标系统独立保持5×10-15的高准确度。

奋起直追,更快更准

  NIM5被国际认可,标志着我国铯喷泉钟研究达到了世界先进水平,但和发达国家相比还有较大差距。在科技部、财政部和基金委的支持下,中国计量院铯喷泉钟课题组从2013年开始研制新一型铯原子喷泉钟NIM6,期望完成后不确定度达到5×10-16,相当于6000万年不差一秒,步入国际“第一梯队”的水平。
  李天初院士介绍说,NIM5、NIM6和全世界的喷泉钟都工作在微波频段,复现现行国际“秒”定义。近几年国内外正在研制的光钟工作在光学频段,光钟比微波钟有更好的稳定度和不确定度潜力。世界上最好的光钟已经比最好的喷泉钟更精密。国际时间频率咨询委员会将在2019年讨论“秒”的重新定义问题。中国有数家研究所和高校正在研制原子光钟和离子光钟。其中中科院武汉物理数学所研制的钙离子光钟2012年通过了鉴定。中国计量院时间频率计量研究所所长方占军研究员负责的课题组, 从2006年开始研制锶原子光钟,目前已经实现系统的闭环锁定,得到第一组稳定度的测量数据。中国开展的光钟研究对中国在未来国际关于修改秒定义讨论中争得发言权和主动地位具有重要意义。(刘旭红、陈杭杭)